Bactéria sintética Syn57 comprime o código genético para 57 códons

Cientistas desenvolveram uma linhagem bacteriana com um código genético mais enxuto - e mais manipulado - do que o de qualquer outra forma de vida conhecida no planeta.

A bactéria em questão é uma Escherichia coli sintética chamada Syn57. Ela foi projetada para construir o próprio organismo usando apenas 57 dos 64 “códons” que vêm sendo utilizados por todos os seres vivos conhecidos ao longo de milhares de milhões de anos.

O “alfabeto” da vida: 64 códons e trincas de nucleotídeos

A receita da vida é registada numa linguagem composta por 64 códons diferentes, cada um formado por uma trinca de nucleotídeos. São essas “palavras” de três letras que, em longas sequências, compõem o DNA e o RNA.

Esses códons entregam às células as instruções indispensáveis para transformar matéria comum nos blocos de construção da vida: os aminoácidos, que são encadeados numa ordem específica para formar proteínas.

Durante a fabricação de proteínas, a célula “lê” a sequência de códons - escrita com essas 64 trincas - para saber qual aminoácido deve ser adicionado a seguir e em que ponto o processo deve parar.

Redundância no código genético: por que sobram códons

Esse sistema, porém, contém duplicações difíceis de justificar. Embora os organismos naturais consigam produzir as proteínas de que precisam com apenas 20 aminoácidos, muitos códons acabam funcionando como sinónimos, repetindo a mesma instrução.

A Syn57 elimina parte desses códons aparentemente redundantes. Outros grupos já vinham tentando chegar a um código mais compacto, mas uma equipa do Laboratório de Biologia Molecular do Conselho de Pesquisa Médica (Reino Unido) foi a primeira a reduzir um organismo ao patamar de 57 códons - um marco que supera o recorde anterior de um genoma com 61 códons.

O que foi eliminado na Escherichia coli Syn57

Ao desenhar e construir o genoma inteiro do zero, os pesquisadores decidiram remover quatro dos seis códons associados ao aminoácido serina, dois dos quatro códons de alanina e um códons de “parada”. Em cada ponto do genoma bacteriano onde essas versões redundantes apareciam, elas foram trocadas por códons sinónimos que carregam exatamente a mesma instrução.

No total, isso exigiu mais de 101.000 alterações no código genético. Primeiro, todo o plano foi organizado em computador, dividido em fragmentos de 100 quilobases; depois veio o trabalho demorado de montar o genoma.

Para garantir que não estavam a introduzir mudanças fundamentalmente prejudiciais aos microrganismos, a equipa testou, passo a passo, pequenos trechos do genoma sintético em bactérias vivas. Só depois de validar esses segmentos é que eles foram sendo unidos até resultar na linhagem final, totalmente sintética.

“"Com certeza passamos por fases em que pensávamos: 'Bem, isto vai dar num beco sem saída, ou vamos conseguir levar até ao fim?'"”, disse o biólogo sintético Wesley Robertson, um dos principais autores do estudo, ao jornalista Carl Zimmer, do The New York Times.

Para que serve um genoma “comprimido”

Trata-se de um esforço enorme que demonstra que a vida pode continuar a funcionar com um projeto genético significativamente mais compacto. Além disso, essa redução pode deixar códons “livres” para receberem outras funções.

“"A Syn57 tem mais espaço para introduzir aminoácidos não canônicos, apresentando maiores oportunidades para expandir ainda mais o código genético",” afirma a equipa num comunicado à imprensa. “"Isso permitirá que pesquisadores desenvolvam polímeros sintéticos inovadores e macrociclos."”

E há outro efeito potencial: como o código genético “não canônico” da Syn57 deveria ser ilegível para microrganismos “naturais”, como vírus - que atuam ao sequestrar a produção de proteínas da célula -, essa bactéria pode tornar-se mais resistente a infeções. Isso pode diminuir custos na “produção” industrial de proteínas bacterianas, em que surtos virais representam um grande prejuízo.

Esse genoma ilegível também pode, na prática, esterilizar a bactéria geneticamente modificada - uma possibilidade atrativa para lidar com preocupações sobre a disseminação de genes alterados no ambiente natural.

“"Podemos então impedir o escape de informação do nosso organismo sintético",” disse Robertson a Zimmer.

“Este trabalho exemplifica como a síntese de genomas pode levar as sequências genéticas dos organismos a novas regiões do espaço de sequências que talvez não tenham sido alcançadas pela vida natural”, conclui a equipa.

A pesquisa foi publicada na revista Science.